ООО Ухань Фэн Эр Шунь Оборудование для Термической Обработки
здание 5-3, Промышленный парк «Ляньдун U-Гу», Экономическая зона развития Янло, р-н Синьчжоу, г. Ухань, Китай
ООО Ухань Фэн Эр Шунь Оборудование для Термической Обработки
здание 5-3, Промышленный парк «Ляньдун U-Гу», Экономическая зона развития Янло, р-н Синьчжоу, г. Ухань, Китай
Когда говорят про автоматический контроль температуры в азотировании, многие сразу представляют себе просто цифровой регулятор на панели — выставил 500°C и забыл. На деле же, если мы говорим именно об азотирующей печи, всё упирается в то, как эта автоматика вписана в сам процесс насыщения. Температура — это лишь один параметр из целого клубка: скорость нагрева, выдержка, диссоциация аммиака или работа в плазме, газовый поток, давление. Автоматика, которая просто держит градусы, но не увязывает их с этими факторами, — деньги на ветер. У нас в цеху долгое время стояла печь, где контроллер был ?сам по себе?, а газовый блок управлялся вручную. Результат — перерасход аммиака и нестабильная толщина диффузионного слоя на ответственных деталях. Вот с этого, пожалуй, и начну.
Итак, автоматический контроль. В контексте азотирования — это всегда система. Не прибор, а именно система. Она должна не только считывать показания термопар (кстати, их расположение — отдельная история, часто их ставят только в одной зоне, а температура по объёму печи, особенно в загрузке, плавает), но и управлять исполнительными механизмами: мощностью нагревателей, подачей азотирующей среды, вентиляторами рециркуляции. Ключевое — логика управления. Простейший ПИД-регулятор, работающий по температуре, в процессе азотирования часто неэффективен, потому что тепловыделение идёт не только от нагревателей, но и от экзотермической реакции на поверхности деталей. Если не учитывать, можно получить локальный перегрев и образование хрупкой фазы.
У компании ООО Ухань Фэн Эр Шунь (их сайт — fengershun.ru) в этом плане интересный подход. Они изначально специализируются на импульсных источниках для плазменного азотирования, а это совсем другая физика процесса. Но их наработки в области автоматических систем управления как раз про комплексный контроль. В их решениях, судя по описанию на сайте, заложена возможность управления не только температурой по сложному профилю, но и синхронизация с параметрами плазмы или газового потока. Для традиционной газовой печи такой уровень интеграции — редкость. Мне доводилось видеть их систему в работе на одной установке плазменного азотирования — там действительно был единый интерфейс, где оператор задавал технологическую карту, а система сама рассчитывала необходимую мощность импульсов, температуру и давление, подстраивая их в реальном времени. Это уже не ?контроль температуры?, а управление процессом.
Возвращаясь к чисто температурному аспекту. Важный нюанс — скорость отклика. В муфельных печах с массивной футеровкой инерция огромная. Автоматика, которая слишком ?резко? реагирует на отклонение в полградуса, будет постоянно включать-выключать симисторы, что ведёт к их перегреву и сокращению срока службы. Хорошая система имеет адаптивные алгоритмы, которые ?понимают? тепловую модель конкретной печи. Часто эту модель приходится настраивать опытным путём, записывая кривые нагрева и охлаждения при разной загрузке. Без этого даже самая дорогая автоматика будет работать плохо.
На практике основная проблема даже не в самой системе, а в её интеграции с существующим оборудованием. Часто бывает так: печь старая, советская, но муфель целый. Решили поставить современный программируемый контроллер. Поставили. А датчики-то старые, термопара уже откалибрована Бог знает когда, да ещё и стоит не в том месте, где нужно мерить температуру детали. В итоге автоматика честно держит 500°C на показаниях термопары, а в центре садки — 480. И весь процесс идёт вхолостую. Первое, с чего нужно начинать модернизацию — аудит измерительных цепей. Иногда проще и дешевле сразу поставить новую печь, чем пытаться ?оживить? старую автоматикой.
Ещё один момент — резервные каналы и отказоустойчивость. В процессе длительного азотирования (12-60 часов) всякое может случиться. Отключение основного питания, выход из строя одной из термопар. Хорошая система должна иметь хотя бы одну резервную термопару и алгоритм переключения на неё, а также сохранять заданную программу при сбое. У нас был случай, когда из-за скачка напряжения контроллер ?сбросился? в середине процесса. Пришлось останавливать печь, разгружать — брак на целую партию коленвалов. После этого сразу озаботились установкой ИБП и выбором контроллера с энергонезависимой памятью.
И, конечно, человеческий фактор. Самый совершенный автоматический контроль температуры можно обнулить неверными действиями оператора. Интерфейс должен быть интуитивным, но при этом иметь защиту от дурака. Установка пороговых значений по току, напряжению, максимальной температуре — обязательна. Иначе желание ?поддать жару?, чтобы ускорить процесс, может закончиться расплавлением привалочных плоскостей.
Азотирующая печь — это всегда симбиоз теплового и химико-физического процесса. Поэтому говорить об автоматике температуры в отрыве от управления средой бессмысленно. В газовом азотировании критически важна стабильность диссоциации аммиака, которая сильно зависит от температуры и каталитической активности стали. Автоматика должна отслеживать показатель диссоциации и корректировать подачу аммиака, а не просто лить его по постоянному расходу. Здесь системы, подобные тем, что разрабатывает ООО Ухань Фэн Эр Шунь для плазменных процессов, могли бы быть полезны и для газовых — принцип-то один: замкнутый контур управления по нескольким взаимосвязанным параметрам.
В плазменном (ионном) азотировании роль температуры ещё более деликатна. Нагрев идёт в основном за счёт бомбардировки ионами, а не от внешних нагревателей. Перегрев поверхности можно получить очень быстро, если не контролировать скважность импульсов и напряжение. Здесь автоматика должна быть высокоскоростной, чтобы успевать реагировать на изменения в плазме. Именно для таких задач, судя по их портфолио на fengershun.ru, компания и делает свои мощные импульсные источники питания и сопряжённые с ними системы управления. Их подход — управление не ?последовательно? (сначала температура, потом газ), а ?параллельно?, что для плазменных технологий единственно верно.
Вакуумный аспект. Многие современные азотирующие печи — это вакуумные установки. Здесь автоматика температуры должна быть жёстко привязана к системе откачки. Нагревать при плохом вакууме — значит гарантированно получить окисление. Хорошая система блокирует нагрев, пока не будет достигнуто рабочее давление, и может менять тепловой режим в зависимости от скорости откачки. Это тот уровень интеграции, к которому стоит стремиться.
Внедрение полноценной системы автоматического контроля — это капитальные затраты. Оправдываются они только при серийном или мелкосерийном производстве ответственных деталей. Где важен не просто результат ?наазотировали?, а стабильные, воспроизводимые свойства слоя: толщина, микротвёрдость, отсутствие пор. Для разовых работ или простых деталей часто достаточно и простейшего контроля с визуальным наблюдением за процессом.
Основная экономия — не в экономии электроэнергии (хотя и это есть, за счёт оптимизации кривых нагрева), а в сокращении брака и повторных обработок. Один спасённый коленвал от двигателя грузовика или сложная пресс-форма могут окупить модернизацию. Второй момент — экономия на технологических газах и аммиаке за счёт точного дозирования. И третий — высвобождение времени технолога и оператора, которые могут заниматься другими задачами, пока печь работает по стабильному, запрограммированному циклу.
При выборе решения, будь то модернизация или новая печь, стоит смотреть не на список функций в каталоге, а на возможность системы адаптироваться под вашу конкретную номенклатуру и условия. Готова ли компания-поставщик провести пусконаладку и обучить персонал? Есть ли у них референсы на похожие производства? Вот, например, на сайте fengershun.ru видно, что они фокусируются на комплексных решениях для плазменного азотирования, включая абсолютные вакуумметры и системы управления. Это говорит о глубоком погружении в тему, а не просто о продаже ?коробок? с контроллерами. Для кого-то их решения могут быть избыточными, но для высокотехнологичных процессов — это как раз то, что нужно.
Так что же такое современная азотирующая печь с автоматическим контролем температуры? Это не печь с терморегулятором. Это технологический комплекс, где температура — один из многих управляемых параметров, жёстко связанный с химией и физикой процесса. Автоматика здесь — это ?мозг?, который на основе заложенной логики и обратной связи с датчиками управляет ?руками? (нагревателями, клапанами, источниками питания). Стремиться нужно именно к такой комплексности. Иначе можно получить красивый цифровой дисплей, который будет показывать идеальную температуру в пустой печи, в то время как реальные детали обрабатываются нестабильно. Опыт, в том числе и негативный, показывает, что полумеры здесь не работают. Либо полноценная система, управляющая процессом, либо ручное управление с постоянным контролем мастера. Третьего, увы, не дано.
